بخشی از مقاله
چکیده
باروری و تولید مثل مهمترین عامل در بقای گونهها و پیشرفت ژنتیکی میباشد. لقاح مصنوعی بعنوان یک تکنیک کمک باروری، دارای اهمیت بالایی در پزشکی و دامپزشکی میباشد. این تکنیک شامل جمعآوری، ارزیابی منی، ذخیره کوتاه یا بلند مدت و در نهایت تلقیح منی به فرد گیرنده است. انجماد اسپرم، ابزار تکنیک لقاح مصنوعی میباشد که نقش مهمی در جلوگیری از کاهش قدرت زندهمانی اسپرمها در طی یک دوره زمانی بلند مدت دارد. با توجه به حساسیت اسپرم نسبت به عوامل محیطی تنشزا مانند سرما، تحقیقات مختلف درصدد به حداقل رساندن این عوامل در انجماد اسپرم میباشند.
تنشهای اسمزی، شیمیایی و مکانیکی طی فرآیندهای انجماد-یخگشایی مهمترین عواملی هستند که باعث ایجاد تغییرات فراساختاری، بیوشیمیایی و عملکردی در اسپرم میشوند که نتیجه آن تولید رادیکالهای آزاد و کاهش قدرت باروری اسپرم میباشد. مشتقات اکسیژنی واکنشپذیر مانع فعالیت آنزیمهای مؤثر در فرآیندهای فسفریلاسیون اکسیداتیو، گلیکولیز و دیگر مسیرهای تولید کننده ATP برای سلول اسپرم شده و با پراکسیداسیون لیپیدهای غشا و تخریب غشای سلول باعث تغییر واکنش¬های بیوشیمیایی و تخریب DNA نهایتاًو کاهش توان باروری اسپرم می¬شوند.
استفاده از آنتیاکسیدانهای سنتتیک در محیطهای انجماد اسپرم باعث حذف رادیکالهای آزاد در داخل و خارج سلولهای اسپرم میگردد. بنظر میرسد پروتئین¬های ویژهای در میتوکندری وجود دارند که تحت شرایط تنش افزایش پیدا کرده و باعث افزایش تنفس میتوکندری و مهار فعالیت رادیکال¬های آزاد و حفاظت از DNA میشود.
-1 مقدمه
استفاده وسیع از تلقیح مصنوعی در صنعت گاوشیری به طور قابل توجهی نرخ بهبود ژنتیکی و نیز بهبود تولید را درحیوانات در پی داشته است به طوری که باعث پیشرفت چشم گیر در پرورش و تولید گاوهای شیری در سراسر دنیا شده است
بدین ترتیب از تکنیک تلقیح مصنوعی میتوان برای به حداکثر رساندن پتانسیل ژنتیکی گله گاوهای شیری استفاده نمود و همزمان با حذف هزینه پرورش گاو نر یک گام موثر در بهبود اقتصادی گله انجام داد
تلقیح مصنوعی تنها راه حصول بیشینهی بازده ژنتیکی و کاهش بیماری های تولیدمثلی است و تلقیح مصنوعی موفق متاثر از فاکتورهای متعددی میباشد که یکی از اصلیترین و کلیدیترین فاکتور در تلقیح مصنوعی موفق دسترسی به اسپرمهای بارور میباشد که اسپرمهای بارور تنها در فرآیندهای انجماد موفق بدست میآیند
از طرف دیگر تنشهای اسمزی، شیمیایی و مکانیکی در طی فرآیندهای انجماد-ذوب مهمترین دلایلی است که تغییرات فراساختاری، بیوشیمیایی و عملکردی را در اسپرم به وجود میآورد که در نتیجه آن سلول اسپرم تحت تاثیر این فرآیند قرار گرفته و متعاقب آن مجموعهای از اتفاقات آبشاری منجر به کاهش باروری اسپرم خواهد شد
-2 تلقیح مصنوعی
با افزایش تعداد جمعیت کره زمین و احساس نیاز مبرم به تامین غذایی برای افراد بشر ،نیاز روزافزون نسبت به اصلاح نژاد حیوانات از نظر تولیدات دامی،احساس می گردد و در این زمینه تلقیح مصنوعی بعنوان بزرگترین ابزار اصلاح نژاد دام های اهلی مورد توجه دانشمندان قرار گرفته است.
امروز تمام تکنیک های موجود در زمینه انجماد اسپرم به طور مشترک توسط مراکز پزشکی و دام پزشکی مورد استفاده قرار میگیرند و علوم نو پا از قبیل IVF، Cloning و انتقال جنین مدیون پیشرفت های حاصل شده در زمینه تلقیح مصنوعی هستند. تلقیح مصنوعی دارای مزایای بسیار زیادی است که می توان به جلوگیری از انتقال بیماری و کنترل بیماری های تولید مثلی، استفاده از اسپرم های پروف شده با ارزش اصلاحی بالا، پیش بینی زمان زایمان، ایمنی و اطمینان بالا نگهداری سوابق گله و... اشاره کرد.
همچنین با استفاده از تلقیح مصنوعی نه تنها دامدارها موفق شدند که از هزینه زیادی برای خرید، نگهداری و تغذیه گاو نر صرفه جویی کنند، بلکه با استفاده از بهترین گاو های نر موجود، موفق شدند که خیلی زود گله خود را اصلاح کنند و نوزادهای مطلوبی بدست آورند.
با تلقیح مصنوعی یک فرد تمام صفات ژنتیکی خودرا در اصرع وقت به تعداد زیادی از نوزادان خود منتقل می کند در نتیجه تلقیح مصنوعی را می توان بزرگترین ابزار اصلاح دام دانست. لازمه ی استفاده ی بهینه از تلقیح مصنوعی، امکان ذخیره سازی اسپرم بصورت مایع و منجمد می باشد اما محدودیت های زمانی ذخیره سازی بصورت مایع موجب گرایش به سوی انجماد اسپرم شده است. برای بهینه کردن تولید مثل، استفاده از تکنیک مناسب انجماد اسپرم جایگاهی با ارزش بدست آورده است.
-3 انجماد اسپرم
نگهداری طولانی مدت و حمل و نقل آسان، ایجاد بانک ژنوم برای نژاد های بومی، برتر و گونه های در حال انقراض عدم نیاز به نگهداری دام نر در واحد های پرورش و کاهش انتقال بیماری ها از اهداف اصلی انجماد اسپرم می باشد. با انجماد منی، نرخ متابولیکی و نرخ مصرف سوبستراهای انرژی و تولید مواد سمی به شدت کاهش می یابد که نهایتا منجر به افزایش میزان ماندگاری اسپرماتوزوا می شود. پس از سرد نمودن منی تا دمای 5-8 درجه سانتی گراد، نگهداری آن بدون تغییر در تحرک اسپرم تا 96 ساعت - بدون کاهش معنی دار نرخ باروری - امکان پذیر می باشد.
بنابراین سرد کردن منی امکان ذخیره کوتاه مدت و موثر آنرا فراهم می سازد، با این وجود برخی از عوارض جانبی نظیر کاهش نرخ زنده مانی، یکنواختی ساختار غشای پلاسمایی، تحرک و نرخ باروری در اولین تلقیح اسپرماتوزوا آشکار می گردد
با نگهداری اسپرم بسیاری از گونه ها در ازت مایع -196 - درجه سانتی گراد - می توان نرخ باوری را حتی بعد از یخ گشایی آنها حفظ نمود. تکنیک های انجماد اسپرم در چند دهه گذشته پیشرفت چشم گیری داشته است. اما انجماد اسپرم حتی با وجود جدید ترین تکنیک ها، به عنوان عامل کاهش دهنده عملکرد و باروری شناخته شده است. بطور معمول زنده مانی اسپرم بعد از یخ گشایی آن کاهش می یابد، در حالی که پتانسیل باروری نیز بعد از انجماد شدیدتری می یابد.[2] اثرات انجماد بر عملکرد و باروری اسپرم به ویژه در گاو در ابعاد وسیعی مطالعه شده است.
تاثیر فرآیند انجماد منی بر ارگان های مختلف اسپرم مورد مطالعه قرار گرفته است. القای واکنش اکروزمی، تغییر عملکرد میتوکندری ها، نقص در تراکم کروماتین از جمله مواردی هستند که در جریان انجماد اسپرم اتفاق افتاده ونهایتا زنده مانی و باروری سلول های اسپرم را تهدید می نماید. سرد کردن اسپرم یک استرس شدیدی را به وجود می آورد که در نتیجه آن نظم و تعادل باندهای فسفولیپیدی غشا بر هم ریخته و نهایتا عملکرد و قابلیت نفوذ پذیری غشای پلاسمایی سلول اسپرم را تحت تاثیر قرار می دهد
استرس پاسخی است که اسپرماتوزوا به افت دما از خود نشان می دهند و به اصطلاح شوک سرمایی نامیده می شود، به طور کلی آسیب شوک سرمایی به صورت کاهش نرخ متابولیسم سلول، تاثیر در قابلیت نفوذ پذیری به غشا تخمک، کاهش ترکیبات داخلی سلول، کاهش غیر قابل برگشت تحرک و افزایش شمار اسپرم های مرده نمود پیدا می کند. در اسپرم تمام گونههای زیستی، تنشهای اکسیداتیو را اصلیترین عامل در طی فرآیند انجماد-ذوب میدانند. تنشهای اکسیداتیو ایجاد شده در این مرحله، باعث ایجاد تغییرات بیوفیزیکی به سلول اسپرم خواهد شد که در نتیجه آن سوراخ شدگی غشای پلاسمایی اسپرم را سبب خواهد شد
-4 چالشهای انمجاد اسپرم
رادیکالهای آزاد را میتوان اصلیترین عامل تنش شیمیایی یا تنش اکسیداتیو در طی فرآیند انجماد-ذوب دانست. رادیکالهای آزاد به دو نوع مشتقات اکسیژن فعال - ROS - و مشتقات نیتروژن فعال - RNS - دسته بندی میشوندROS .[8] شامل آنیون سوپراکسید - - O2 ، هیدروژن پراکسید - - H2O2 ، هیدروکسیل که به شدت واکنش پذیر است و رادیکال پراکسیل و RNS شامل نیتریک اکسید، نیتروز اکسید، پراکسی نیترات، آنیون نیتروکسیل و پراکسی نیتروز می¬باشد. تاثیر منفی متابولیتهای اکسیژن همچون هیدروژن پراکسید نیز بر عملکرد و ساختار سلولها مانند اسپرم به خوبی ثابت شده است و امروزه مجموعه مشتقات متابولیتهای اکسیژن را یکی از اصلیترین دلایل ناباروری در پستانداران و به خصوص جنس نر میدانند
مجموعه این عوامل باعث استرس اکسیداتیو خواهند شد که نتیجه آن در فاز اول پراکسیداسیون چربیهای غشاء است و سپس تخریب و عبور از غشای سلول و در نهایت دسترسی به اندامکهای درون سلولی تاثیر بر فعالیتهای آن، مهار فعالیتهای آنزیمی و تغییر روی برهمکنشهای بیوشیمیایی در داخل سلول و نیز ایجاد شکستگی در دزوکسی ریبونوکلئیک اسید - DNA - سلولهای اسپرم شده، که منجر به کاهش توان باروری اسپرم میشود
